1 Co je to polykrystalický křemík?
Polykrystalický křemík (Poly Si nebo Polysilicon) je polovodičový materiál běžně používaný při výrobě fotovoltaických článků a elektronických součástek. Skládá se z více zrn (částic krystalů), které jsou na hranicích vzájemně propojeny, ale uspořádání atomů uvnitř každého zrna je uspořádané. Polykrystalický křemík je široce používán při výrobě solárních fotovoltaických článků. Ve fotovoltaických modulech jsou polykrystalické křemíkové články zapojeny do série a paralelně a tvoří solární panely. Tyto solární panely se používají k přeměně sluneční energie na elektrickou energii.
Kromě toho se také používá k výrobě materiálů hradel pro určité elektronické součástky, jako jsou tranzistory a integrované obvody.
Vlastnosti polykrystalického křemíku:
Polykrystalická struktura:Polykrystalický křemík se skládá z více zrn, s atomy uspořádanými v každém zrnu, ale atomy uspořádanými náhodně na hranicích mezi zrny. Tato zrna mají různé velikosti a orientace.
Relativně nízké náklady:Výrobní proces polykrystalického křemíku je poměrně jednoduchý a cenově výhodný, díky čemuž je vhodný pro velkosériovou výrobu. To dává polykrystalickým křemíkovým fotovoltaickým článkům cenovou výhodu na trhu.
Nízká účinnost:V důsledku přítomnosti hranic zrn je účinnost fotoelektrické konverze polykrystalických křemíkových fotovoltaických článků obvykle nižší než u monokrystalických křemíkových fotovoltaických článků. Defekty na hranicích zrn mohou způsobit rekombinaci nosiče, a tím snížit účinnost baterie.
Proces výroby polykrystalického křemíku:
Čištění surovin:Výroba polykrystalického křemíku obvykle začíná křemíkem metalurgické kvality (MG Si), který je třeba nejprve vyčistit, aby se z křemíku odstranily nečistoty a vyrobily se vysoce čisté křemíkové suroviny. Běžně používanou metodou je Siemens proces, který získává vysoce čistý polykrystalický křemík pomocí chemické depozice z plynné fáze (CVD).
Proces redukce:Metalurgický křemík reaguje s chlorovodíkem za vzniku trichlorsilanu (HSiCl3), který se poté čistí destilací. Nakonec se trichlorsilan redukuje při vysoké teplotě za vzniku vysoce čistého polykrystalického křemíku.
Postup reakce:Metalurgický křemík reaguje s chlorovodíkem (HCl) za vzniku trichlorsilanu (HSiCl3) a dalších vedlejších produktů. Si+3HCL→HSiCl3+H2
Ingot:Vysoce čistý polykrystalický křemík se taví a odlévá do velkých kusů ingotů polykrystalického křemíku. Po ochlazení jsou tyto ingoty složeny z více křemíkových zrn s různou orientací.
Krájení:Ingoty z polykrystalického křemíku se krájejí na tenké plátky, které se nazývají wafery a používají se k výrobě fotovoltaických článků.
Detekce a klasifikace polykrystalických křemíkových plátků
Optická kontrola:Ke kontrole kvality povrchu a krystalové struktury polykrystalických křemíkových plátků použijte optické kontrolní zařízení.
Testování elektrického výkonu:Testování elektrických vlastností polykrystalických křemíkových plátků, jako je životnost minoritních nosičů, vodivost atd.
Klasifikace kvality:Na základě výsledků testů jsou polykrystalické křemíkové destičky klasifikovány podle kvality a výkonu, aby bylo zajištěno, že vysoce kvalitní křemíkové destičky budou použity pro efektivní výrobu fotovoltaických článků.
2 Co je to monokrystalický křemík
Monokrystalický křemík je vysoce čistý křemíkový materiál složený z jediné krystalové struktury. Atomové uspořádání monokrystalu křemíku je uspořádané, krystalická struktura je kompletní a má vynikající elektrické vlastnosti a mechanickou pevnost. Monokrystalické křemíkové fotovoltaické články jsou v současné době jedny z nejúčinnějších fotovoltaických článků na trhu, s vysokou účinností fotoelektrické přeměny a jsou vhodné pro různé fotovoltaické systémy na výrobu energie. Může být použit jako hlavní materiál pro výrobu polovodičových součástek, jako jsou integrované obvody (IC), mikroprocesory, paměti, senzory atd. Kromě toho jsou vysoce čisté monokrystalické křemíkové destičky (wafery) řezány, dopovány, leptány a baleny za účelem výroby různé elektronické součástky a čipy. Monokrystalický křemík se také používá k výrobě optických čoček, infračervených oken, laserových zařízení a dalších.
Výrobní proces:
1. Příprava suroviny:Surovinou pro monokrystalický křemík je vysoce čistý křemík, obvykle využívající čištěný metalurgický křemík.
2. Způsob výroby:
Czochralského metoda (CZ metoda):
Krok:Roztavte vysoce čistý křemík v kelímku, vložte monokrystalický očkovací krystal křemíku s požadovanou orientací krystalu, poté pomalu otáčejte a vytahujte očkovací krystal, aby tavenina křemíku vykrystalizovala na očkovacím krystalu a postupně vytvořila křemíkovou tyčinku monokrystalu.
Vlastnosti:Metodou CZ lze vyrábět monokrystalické křemíkové tyčinky o velkém průměru a vysoké čistotě, ale je náchylná na vnášení kyslíku a dalších nečistot.
Plovoucí zóna (FZ):
Krok:Použijte vysokofrekvenční indukční ohřev k roztavení místní oblasti křemíkové tyče bez kelímku a poté posuňte tavicí zónu na křemíkové tyči pohybem indukční cívky, čímž postupně přeměňte polykrystalický křemík na monokrystalický křemík.
Vlastnosti:Monokrystalový křemík vyrobený metodou FZ má vyšší čistotu a nižší obsah nečistot, díky čemuž je vhodný pro výrobu vysoce výkonných polovodičových součástek.
3. Řezání a zpracování
Řezání:Pomocí diamantové drátové pily nařežte monokrystalickou křemíkovou tyč na tenké plátky, známé jako wafery.
Broušení a leštění:Broušení a leštění řezaného silikonového plátku pro odstranění povrchových defektů a zlepšení jeho rovinnosti a čistoty.
3 Rozdíl mezi monokrystalickým křemíkem a polykrystalickým křemíkem
Hlavní rozdíly mezi monokrystalickým křemíkem a polykrystalickým křemíkem spočívají v jejich struktuře, vlastnostech a aplikacích. Monokrystalický křemík se skládá z jediné krystalové struktury s uspořádaným atomovým uspořádáním a vysokou účinností fotoelektrické konverze (18 % -24 %). Má vynikající elektrické vlastnosti a je vhodný pro vysoce výkonné fotovoltaické články a polovodičová zařízení, ale výrobní náklady jsou poměrně vysoké. Polykrystalický křemík se skládá z více zrn s hranicemi zrn, což má za následek nízkou účinnost fotoelektrické konverze (15 % -20 %) a špatné elektrické vlastnosti. Používá se především pro rozsáhlé fotovoltaické aplikace s nízkými výrobními náklady. Monokrystalický křemík má jednotný vzhled a dobrou estetiku, zatímco polykrystalický křemík má nerovnoměrný vzhled.